地下水と溶存ガスを考慮した三次元二相流解析による掘削影響領域における飽和度分布

宮川 和也; 山本 肇*

JAEA-Research 2022-003, 40 Pages, 2022/05

JAEA-Research-2022-003.pdf:6.08MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分場などの大規模地下施設の掘削により、坑道壁面近傍に割れ目を伴う掘削損傷領域が形成され、不飽和な割れ目を通して岩盤内に酸素が侵入し、核種移行の環境条件に影響を及ぼす可能性がある。新第三紀海成堆積層のように、CHなどの溶存ガスを高濃度で含む地層に坑道が掘削される場合、酸素の侵入は脱ガスしたCHの坑道へ向かう流れにより抑制されるものの、不飽和領域における気相拡散を介して促進される可能性が考えられる。本研究では、地下水に多量の溶存CHが含まれる環境における地下施設の建設・操業に伴う不飽和領域の三次元分布を推定する手法を例示することを目的として、幌延深地層研究センターの地下施設の坑道掘削の実工程を反映した逐次掘削解析を行い、10年間の気液二相流解析を実施した。地下施設からの地下水とガスの湧出量の解析結果はそれぞれ、2017年1月の時点で約100300m dと250350m dであり、それぞれの観測値(100m dおよび300m d)と近い値が得られた。飽和度分布の解析結果は、250m調査坑道周辺において相対的に高く、350m調査坑道周辺において相対的に低くなっており、各調査坑道における観測結果と整合的であることが確認された。このことから、地下水の坑道壁面からの排水条件やグラウト影響の取扱方法に関する課題が残るものの、数値計算は概ね妥当であったと判断された。坑道掘削に伴う飽和度分布については、定量的な評価には及ばないものの、定性的な観点では概ね妥当な解析結果が得られた。

Thermally altered subsurface material of asteroid (162173) Ryugu

北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 高木 靖彦*; 中村 智樹*; 廣井 孝弘*; 松岡 萌*; et al.

Nature Astronomy (Internet), 5(3), p.246 - 250, 2021/03

https://doi.org/10.1038/s41550-020-01271-2

2019年4月「はやぶさ2」ミッションは、地球に近い炭素質の小惑星(162173)リュウグウの人工衝撃実験を成功させた。これは露出した地下物質を調査し、放射加熱の潜在的な影響をテストする機会を提供した。はやぶさ2の近赤外線分光器(NIRS3)によるリュウグウの地下物質の観測結果を報告する。発掘された材料の反射スペクトルは、表面で観測されたものと比較して、わずかに強くピークがシフトした水酸基(OH)の吸収を示す。これは、宇宙風化や放射加熱が最上部の表面で微妙なスペクトル変化を引き起こしたことを示している。ただし、このOH吸収の強度と形状は、表面と同様に、地下物質が300Cを超える加熱を経験したことを示している。一方、熱物理モデリングでは、軌道長半径が0.344AUに減少しても、推定される掘削深度1mでは放射加熱によって温度が200Cを超えて上昇しないことが示されている。これは、リュウグウ母天体が放射加熱と衝撃加熱のいずれか、もしくは両方により熱変化が発生したという仮説を裏付けている。

The Effect of dissolved gas on rock desaturation in artificial openings in geological formations

宮川 和也; 青柳 和平; 笹本 広; 赤木 俊文*; 山本 肇*

Proceedings of 5th ISRM Young Scholars' Symposium on Rock Mechanics and International Symposium on Rock Engineering for Innovative Future (YSRM 2019 and REIF 2019) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2019/12

高レベル放射性廃棄物の地層処分場の掘削により、坑道周辺岩盤の損傷や、溶存ガスの発生等による不飽和領域の形成といった掘削影響領域が生じる。そこでは、岩盤の透水性の増大や、地下水の水質変化といった、地層が有する放射性核種の移行を遅延させる機能に影響を与えることが考えられる。そのため、大規模地下施設の建設・操業・閉鎖に伴う地質環境(水理地質構造や地下水の流動特性・物質移動特性・地球化学特性等)の変化過程や定常状態に達するまでの時間やプロセスを、確度の高い情報に基づきモデル化するための一連の技術開発が必要である。本研究では、溶存ガスが岩盤中の不飽和領域の形成に与える影響を調べるために、幌延深地層研究所の深度140m, 250m, 350m調査坑道の条件を模擬した数値・感度解析を実施した。その結果、溶存ガス濃度は、不飽和領域の形成に対して、飽和度と領域の広がりの両方に影響する一方で、岩盤の透水性は、主に不飽和領域の広がりのみに影響することが分かった。

Composition analysis of high-stable transparent conductive zinc oxide by X-ray photoelectron spectroscopy and secondary ion mass spectroscopy

口山 崇*; 長谷川 繁彦*; 山本 憲治*; 寺岡 有殿; 朝日 一*

Japanese Journal of Applied Physics, 50(12), p.121101_1 - 121101_4, 2011/12

https://doi.org/10.1143/JJAP.50.121101

The physical properties of high-stable transparent Si-doped zinc oxide (ZnO) films were determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and secondary ion mass spectroscopy (SIMS). From XPS, the peak corresponding to the energy of ionized silicon (Si 2p) was observed for all samples after damp heat exposure, even in the aluminum (Al)-doped Si-undoped zinc oxide (ZnO:Al) thin film. SIMS profiles showed an increase in silicon concentration at the surface of ZnO thin films after damp heat exposure. The Ar concentration determined from SIMS measurement showed a clear relationship between the stability and Ar concentration. This can be explained by the packing density of ZnO and a barrier model. Additionally, comparing ZnO:Si with ZnO:Al prepared under the same deposition conditions, we found that silicon can make ZnO thin films more stable.

Groundwater/porewater hydrochemistry at Horonobe URL: Data Freeze I; Preliminary data quality evaluation for boreholes HDB-9, 10 and 11

國丸 貴紀; 太田 久仁雄; Alexander, W. R.*; 山本 肇*

JAEA-Research 2010-035, 109 Pages, 2010/11

JAEA-Research-2010-035.pdf:2.53MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における品質マネジメントシステムは、サイト特性調査の初期段階から必要とされる重要なツールの一つであり、その整備・適用によって効果的・効率的に調査・評価が可能となり、さらには調査・評価結果の信頼性が確保できると考えられる。幌延深地層研究計画では地上からの地質環境の調査・評価に適用可能な品質マネジメントシステムの整備を進めている。具体的には、国外のサイト特性調査で構築された地下水水質データの品質保証の手法に加え、間隙水水質データに適用できる品質評価手法を新たに提案し、この手法も用いて地上からのボーリング調査(HDB-911孔)において取得した地下水・間隙水水質データの品質評価を実施した。この結果、掘削水による地下水・間隙水の汚染,採水時の時系列的な水質データの欠損,コア試料の酸化など、水質データの品質低下の原因が明らかになった。また、地下水の地球化学特性の品質評価において、今後、取得すべき情報や改善すべき項目などが明確にされた。

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,27

長壁 正樹*; 篠原 孝司; 東井 和夫*; 藤堂 泰*; 濱松 清隆; 村上 定義*; 山本 聡*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 85(12), p.839 - 842, 2009/12

http://ci.nii.ac.jp/naid/40016957892

この会合報告は、2009年秋に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"高エネルギー粒子物理", "輸送と閉じこめ物理", "ペデスタル物理", "MHD安定性", "計測"、及び"統合運転シナリオ"の計6グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験結果報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。

Status of JT-60SA tokamak under the EU-JA broader approach agreement

松川 誠; 菊池 満; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 林 孝夫; 東島 智; 細金 延幸; 池田 佳隆; 井手 俊介; 石田 真一; et al.

Fusion Engineering and Design, 83(7-9), p.795 - 803, 2008/12

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2008.06.047

JT-60SAは、日欧の幅広いアプローチの下で建設する完全超伝導トカマク装置で、ITERや原型炉への貢献を目指している。2007年の両極の国会批准後、実質的には既に建設段階に移行している。JT-60SAは、既存の建屋,電源,プラズマ加熱装置,計測装置などの、JT-60U設備の最大限の有効利用が前提であり、完全に新作する主たる機器は本体装置のみである。最大プラズマは電流5.5MAで、プラズマ主半径3.06m,アスペクト比2.65,非円形度1.76,三確度0.36である。最大プラズマ加熱入力41MW,プラズマ電流のフラットトップ時間は100秒間である。本論文では、トカマク装置本体だけでなく、プラズマ加熱装置や遠隔保守装置の設計などについても言及するとともに、EUとの技術的な議論を踏まえて行った超伝導導体に関する最近の設計変更案などを紹介し、装置の全体像を明らかにする。

The H-Invitational Database (H-InvDB); A Comprehensive annotation resource for human genes and transcripts

山崎 千里*; 村上 勝彦*; 藤井 康之*; 佐藤 慶治*; 原田 えりみ*; 武田 淳一*; 谷家 貴之*; 坂手 龍一*; 喜久川 真吾*; 嶋田 誠*; et al.

Nucleic Acids Research, 36(Database), p.D793 - D799, 2008/01

https://doi.org/10.1093/nar/gkm999

ヒトゲノム解析のために、転写産物データベースを構築した。34057個のタンパク質コード領域と、642個のタンパク質をコードしていないRNAを見いだすことができた。

Long-term simulation of ambient groundwater chemistry at Horonobe underground research laboratory, Japan; Application of coupled hydro-geochemical model

山本 肇*; 國丸 貴紀; 操上 広志; 下茂 道人*; Xu, T.*

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.382 - 387, 2006/05

日本原子力研究開発機構が進めている幌延深地層研究計画では、堆積岩の水理地質及び地球化学に関する調査・モデル化を実施している。本論文は地球化学調査及び水理-地球化学連成モデル化の現状を報告するものである。8本の深層ボーリング調査結果から、研究所設置地区周辺の地下水は浅層の淡水系地下水と深層の塩水系地下水が混合したものであることが示唆されている。本論文において、およそ50万年前から現在に至る淡水系地下水と塩水系地下水の混合及び岩石-水反応による地下水形成を解析的に検討した。その結果、(1)解析結果は塩分濃度や地下水組成の空間分布と淡水系地下水,塩水系地下水の混合というこれまでの概念と整合的である、(2)淡水系地下水の浸入は陽イオン交換を通してpHを上昇させる、(3)酸化還元フロントは酸化水の浸入により進行するが、黄鉄鉱などの鉱物の減少により緩和されることがわかった。

超深地層研究所建設用地周辺を対象とした複数のモデル化概念による地下水流動のモデル化・解析(その2)

井尻 裕二*; 小野 誠*; 杉原 豊*; 下茂 道人*; 山本 肇*; 文村 賢一*

JNC TJ7400 2004-015, 732 Pages, 2003/10

JNC-TJ7400-2004-015.pdf:34.55MB

本研究では、効率的に地下水流動特性を把握するための調査・解析・評価技術の構築に資することを目的として、データ解釈、概念モデルの構築等の各作業段階における不確実性が地下水流動のモデル化・解析結果に影響評価や不確実性要因の抽出を行なうために、複数のモデル化概念による地下水流動解析を実施してきた。本年度は、これまでに実施した複数のモデル化・解析手法を用いた地下水流動解析を対象として、データの入力から解析結果を得るまでの一連の作業の流れについて、統合化データフロー(「調査」「生データ」「解釈/データセット」「概念化/モデル化/解析」「アウトプット」)を構築した。各段階に介在する作業の内容や採用した仮定について、このデータフローに準じた整理を行ない、データや作業工程のそれぞれが持つ不確実性が地下水流動の概念モデルや解析結果に与える影響について、データフローに基づきモデル化手法ごとに比較・分析を実施した。さらに、これらの分析結果に基づいて、地下水流動解析に大きな影響を与える不確実性要因を抽出するとともに、それを解決するために必要な調査データ・調査手法及びモデル化・解析手法について検討した。得られた知見は、以下に示すとおりである。データフロー上の各作業工程については、概念モデルごとに解析ケース間で比較した結果とケースごとに概念モデル間で比較した結果の2通りの比較方法によって、解析結果に影響を及ぼすと考えられる不確実性要因として断層の透水構造や有効間隙率などを抽出することができた。また、4つのモデル化手法それぞれのデータフローを構築し、調査から評価までの流れとともに、各フローにおけるデータ解析手法、モデル化手順及び不確実性要因を明らかにした。このように、データフローを作成することにより、偏りや漏れのない幅広い知見が地下水流動解析に反映されることが示された。さらに、調査側と評価側の意思疎通を良好にし、より精度の高いデータ、よりニーズの高いデータを調査側が取得することが可能となり、その結果としてモデル不確実性は低減されると考えられる。